離子液體-PVDF共混CO2分離復(fù)合膜的制備優(yōu)化.pdf

1、節(jié)能減排已成為時代主題，CO2分離意義重大。膜法分離CO2因其節(jié)能高效、環(huán)境友好、投資低等優(yōu)點(diǎn)而備受重視。許多離子液體對CO2具有很好的溶解選擇性和滲透性，在CO2分離方面應(yīng)用潛力巨大。利用離子液體有望制備高性能CO2分離膜，但仍存在一些亟待解決的問題，如:離子液體支撐液膜高壓下膜液易流失;聚離子液體膜的CO2滲透系數(shù)不高，單體材料少。將離子液體與聚合物共混制膜，有望制備選擇性和滲透性能俱佳的CO2分離膜，同時提高膜的穩(wěn)定性，本課題對此

2、進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　本文選擇溶劑蒸發(fā)法作為共混膜的制備方法，通過理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，確定了兩種共混制膜體系[bmim][PF6]-PVDF/PP和[bmim][Tf2N]-PVDF/PP。根據(jù)正交試驗(yàn)確定了離子液體含量、PVDF濃度和溶劑蒸發(fā)溫度等制膜條件對共混復(fù)合膜分離性能影響的主次順序，發(fā)現(xiàn)離子液體對膜的CO2分離起主導(dǎo)作用。
　　首先對[bmim][PF6]-PVDF/PP膜的制備條件進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化。離子液體的加入使得

3、PVDF的結(jié)晶性減弱，共混膜逐漸形成有利于CO2滲透的離子液體連續(xù)通道。膜的CO2滲透速率和選擇性均隨著[bmim][PF6]含量的增多而增大，[bmim][PF6]含量為60％時，膜的CO2/N2和CO2/CH4選擇性達(dá)到最大，分別為40.8和24.1，對應(yīng)的CO2滲透速率為42GPU。當(dāng)[bmim][PF6]的含量超過50％時，膜的CO2/N2分離性能突破了Robeson上限，優(yōu)于常用的聚合物膜。[bmim][PF6]含量為60％的

4、膜在小于0.6MPa的操作壓力范圍內(nèi)，CO2分離性能保持穩(wěn)定，膜的耐壓性能明顯優(yōu)于離子液體支撐液膜，氣體滲透遵循溶解-擴(kuò)散機(jī)理。在0.4MPa的壓力下連續(xù)操作30天，膜分離性能沒有發(fā)生下降，具有較好的長期耐壓穩(wěn)定性。適宜制備共混復(fù)合膜的PVDF濃度為18-24％，隨著PVDF濃度的增加，膜的氣體滲透速率減小，選擇性增大。膜的CO2滲透速率和選擇性均隨著溶劑蒸發(fā)溫度的升高而下降，能夠制備具有較好分離性能膜的溫度范圍是30-60℃。以Max

5、well模型對共混膜的CO2和CH4滲透系數(shù)進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明離子液體對膜的氣體滲透性能起主導(dǎo)作用，以離子液體為連續(xù)相的預(yù)測值更接近實(shí)驗(yàn)值，當(dāng)離子液體體積分率超過50％時，預(yù)測結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值具有很高的相符度。
　　利用[bmim][Tf2N]的高CO2滲透性與PVDF共混制膜，進(jìn)一步提高了共混膜的CO2分離性能，膜最大CO2/N2和CO2/CH4選擇性分別為36.2和23.8，對應(yīng)CO2滲透速率為93.7GPU，其CO2/N2和C